СПОСОБ ДЕФЕКТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к способам сортировки элементов двигателей различного назначения, бывших или находящихся в эксплуатации, в частности к способам дефектации партий элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления для газотурбинного двигателя и их последующей сортировки на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению.

Известен способ дефектации элементов двигателя, в основу которых положена проверка и оценка качества распыла среды (дизельного топлива) и их гидроплотности до или после эксплуатации (Евсикова А.В. и Попова В.Я. Технология производства и ремонта топливной аппаратуры дизелей. М.: Машгиз, 1958, с.222-227) /1/.

Особенностью работы элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя является то, что блоки работают в воздушной среде, а сбор воздуха после каждого из отверстий и оценка истекающих струй отверстий затруднены.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ дефектации элементов двигателя, включающий подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений, характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению (RU 2047455 С1. МПК В23Р 6/00. Опубл. 10.11.1995 г.) /2/.

Недостатком способа сортировки является то, что сортировку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, производят по качеству распыла и гидроплотности жидкости после пропускания через элемент, при этом качество распыла и гидроплотность определяют визуально и на звук. Используя визуально и на звук определенные величины качества распыла жидкости и гидроплотность распыла, не представляется возможным объективно определить степень износа элементов и их остаточный ресурс. Затратным является также использование в качестве жидкости топлива (солярки).

Задача изобретения разработать эффективный способ дефектации блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя.

Ожидаемый технический результат - сокращение количества необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повышение надежности и качества сборки и ремонта двигателей, снижение затрат.

Технический результат достигается тем, что в известном способе дефектации элементов двигателя, включающем подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений, характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, по предложению, для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Р_вх=1,4…1,6 кгс/см², в качестве характеристик воды до исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы G_щели; G_{отв «С»}; и G_отв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных текущих расходов с заранее установленными оптимальными интервалами их значений,

где G_щели - расход воды через щель одной лопатки;

G_{отв «С»} - суммарный расход воды через все отверстия блока;

G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.

Расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения, а в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы.

Выбор воды в качестве рабочей жидкости выполнен на основании газодинамического расчета с привлечением «теории подобия» с учетом свойств среды в рабочих условиях газотурбинного двигателя и воды как вещества заменяющего среду при испытаниях элементов. При этом установлено, что давление воды при испытаниях партии блоков сопловых лопаток турбин высокого давления должно находиться в интервале 1,4…1,6 кгс/см².

В качестве характеристик воды до исследуемого элемента используют перепад давления на мерном участке и расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках. Расход воды - легко и точно определяемая величина. Для его регистрации существуют приборы прямого действия, например: счетчики или приборы-автоматы, которые легко могут быть адаптированы в автоматических системах контроля. Расход может быть рассчитан по весу прошедшей через блок воды и времени ее прохождения.

Используя установленный перепад давления на мерном участке и измеренные расходы воды через щель, отверстия в блоке и лопатках, рассчитывают текущие расходы: G_щели - расход воды через щель одной лопатки; G_{отв «С»} - суммарный расход воды через все отверстия блока и G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.

Сравнивают приведенные в сопроводительных документах партии блоков интервалы оптимальных значений указанных расходов с рассчитанными текущими расходами. Если хотя бы один из текущих расходов из отверстий блока выходит за пределы оптимальных значений указанных расходов, то данный блок признается непригодным к эксплуатации. В качестве исследуемых блоков могут использоваться новые блоки.

Пример

Необходимо провести дефектацию блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя, поступивших после эксплуатации.

Испытуемый блок например 11Г61, монтируют на испытательном стенде.

К блоку крепят приспособление, которое через штуцер соединено с трубопроводом подвода воды. Проливают выходную щель каждой лопатки блока при давлении Р_вх=1,5^±0,05 кгс/см². Регистрируют вес Q_щели=8,215 кг прошедшей воды через щель каждой лопатки и время проливки t_щели=49,67 с. Проливают отверстия «С» в каждой лопатке блока. Регистрируют вес Q_отв=1,370 кг прошедшей воды через отверстие каждой лопатки и время проливки t_отв=18,87 с.

Заменяют приспособление.

Проливают отверстия блока и регистрируют по дифманометру падение давления. Например: ΔР_бл=0,51 кгс/см².

Отсоединяют приспособление от блока и демонтируют испытуемый блок с испытательного стенда.

Аналогично проводят испытания с каждым блоком партии.

Результаты расчетов и сравнений с оптимальными значениями параметров приведены в таблице.

Анализ результатов и дефектация блоков

1. G_щели=(Q_щели/t_щели)*1000=(8,215/49,67)*1000=165,39 г/с

2. G_отв=(Q_отв/t_отв)*1000=(1,370/18,87)*1000=72,603 г/с

3. G_{отв «С»} G_отв 1+G_отв 2+G_отв 3=72,603+73,786+79,64=226,029 г/с

4. G_бл=(0,045516+(5,916728*(√ΔР_бл)))*1000=4270,9 г/с

5. G_отв.бл=(G_бл-G_{отв «С»})/3=1348,29 г/с.

где

G_щели - расход воды через щель одной лопатки;

G_отв - расход воды через отверстия блока под одной лопаткой;

G_{отв <<С>>} - суммарный расход воды через все отверстия блока;

G_бл - расход воды через все отверстия блока и лопаток;

G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки;

ΔР_бл - перепад давления воды на мерном участке;

0,045516 - коэффициент мерного участка;

5,916728 - коэффициент мерного участка.

Оптимальные значения расходов

G_щели=160±20 г/с; G_{отв <<C>>}=230±25 г/с; G_отв.бл=1550±150 г/с;

Формулы расчета в Excel

G_щели=ОКРУГЛВВЕРХ(С3/D3*1000;3)

G_отв=ОКРУГЛВВЕРХ(F3/G3*1000;3)

G_{отв «С»}=СУММ(Н3; Н4; Н5)

G_бл=(0,045516+(5,916728*(КОРЕНЬ(J4))))*1000

G_отв.бл=ОКРУГЛВВЕРХ(((К4-I4)/3);3)

G_щели=ЕСЛИ(ABS(E3-160)<=20;"+";"-")

G_{отв «С»}=ЕСЛИ(ABS(I4-230)<=25;"+";"-")

G_отв.бл=ЕСЛИ(ABS(L4-1550)<=150;"+";"-")

Из приведенной таблицы следует, что все блоки серии имеют отклонения за пределы оптимальных значений сравниваемых параметров, не один из блоков серии не может быть рекомендован к дальнейшей эксплуатации. Аналогично можно проводить исследования блоков ранее не эксплуатируемых.

Применение предложенного способа дефектации, позволяет сократить ошибки вычислений, сократить количество необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повысить надежность и качество сборки и ремонта газотурбинных двигателей, снизить затраты.

Таблица Тип № лопатки Q (кг) t (c) G_щели (r/c) Q (кг) t (c) G_отв (г/с) G_отв"С" (г/с) ΔР_бл кгс/см² G_бл (г/с) G_отв.бл (г/с) Сравнение с оптимальными (*) G_щели 160(±20) G_отв"С" 230(±25) G_отв.бл 1550 (±150)   1 8,215 49,67 165,39 1,370 18,87 72,603         +     11Г61 2 8,365 51,77 161,58 1,185 16,06 73,786 226,03 0,51 4270,9 1348,3 + + _   3 8,305 49,43 168,02 1,150 14,44 79,64         +       1 8,245 48,16 171,2 1,105 16,14 68,464         +     11Г88 2 8,310 49,84 166,73 1,110 14,55 76,289 219,67 0,51 4270,9 1350,4 + + _   3 8,215 48,89 168,03 1,105 14,75 74,916         +       1 8,235 46,53 176,98 1,090 16,40 66,464         +     11Г69 2 8,290 46,74 177,37 1,105 15,15 72,938 218,39 0,53 4353 1378,2 + + _   3 8,185 48,98 167,11 1,165 14,75 78,984         +       1 8,145 47,59 171,15 1,075 17,98 59,789         +     11Г15 2 8,200 49,3 166,33 1,135 16,00 70,938 212,21 0,52 4312,1 1366,6 + + -   3 8,230 49,42 166,53 1,135 13,93 81,479         +       1 8,215 49,06 167,45 1,080 17,08 63,232         +     11Г1 11 2 8,200 49,28 166,4 1,125 15,08 74,603 222,01 0,53 4353 1377 + + -   3 8,215 48,31 170,05 1,165 13,84 84,177         +       1 8,165 50,91 160,38 1,085 17,07 63,562         +     11Г31 2 8,230 48,64 169,2 1,140 15,2 75 216,1 0,52 4312,1 1365,3 + + _   3 8,280 51,44 160,97 1,125 14,51 77,533         +       1 8,265 46,93 176,11 1,075 17,26 62,283         +     11Г109 2 8,295 46,82 177,17 1,185 15,48 76,551 213,7 0,54 4393,4 1393,2 + + -   3 8,205 46,95 174,76 1,105 14,76 74,865         +       1 8,250 49,93 165,23 1,100 16,91 65,051         +     11Г92 2 8,240 48,32 170,53 1,125 14,68 76,635 217,2 0,54 4393,4 1392,1 + + -   3 8,260 48,04 171,94 1,110 14,70 75,511         +       1 8,270 48,22 171,51 1,090 16,53 65,941         +     11Ж24 2 8,290 46,05 180,02 1,155 14,84 77,831 224,26 0,52 4312,1 1362,6 - + -   3 8,300 46,98 176,67 1,200 14,91 80,483         +       1 8,210 50,08 163,94 1,100 15,94 69,009         +     11Г91 2 8,285 49,38 167,78 1,130 14,99 75,384 225,8 0,50 4229,3 1334,5 + + -   3 8,210 49,83 164,76 1,160 14,25 81,404         +       1 8,210 49,96 164,33 1,190 18,47 64,429         +     11Г102 2 8,280 48,51 170,69 1,175 15,66 75,032 211,89 0,52 4312,1 1366,7 + + -   3 8,320 48,57 171,3 1,140 15,74 72,427         +       1 8,280 49,89 165,97 1,115 18,69 59,658         +     11Г62 2 8,285 48,87 169,53 1,155 16,41 70,384 200,93 0,52 4312,1 1370,4 + - -   3 8,225 49,04 167,72 1,120 15,80 70,887         +       1 8,300 48,15 172,38 1,095 17,11 63,998         +     11Г46 2 8,265 48,60 170,06 1,235 15,83 78,017 222,45 0,54 4393,4 1390,3 + + -   3 8,245 48,87 168,71 1,225 15,23 80,434         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     10Г237 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     11Г109 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     11Г92 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     11Ж24 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     ИГ91 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     11Г102 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     11Г62 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     11Г46 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +       1 8,325 48,25 172,54 1,080 18,27 59,114         +     10Г237 2 8,190 50,55 162,02 1,095 16,04 68,267 195,34 0,47 4101,8 1302,2 + - -   3 8,245 49,44 166,77 1,090 16,04 67,956         +     (*)→(+) - текущие расходы находятся в заданном оптимальном интервале; (-) - текущие расходы находятся за пределами заданного оптимального интервала.

Изобретение относится к способам сортировки элементов двигателей различного назначения, бывших или находящихся в эксплуатации, в частности к способам дефектации партий элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления для газотурбинного двигателя и их последующей сортировки на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению. В данном способе для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Р_вх=1,4…1,6 кгс/см², в качестве характеристик воды до исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы G_щели; G_{отв «С»}; и G_отв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных текущих расходов с заранее установленными оптимальными интервалами их значений, где G_щели - расход воды через щель одной лопатки; G_{отв «С»} - суммарный расход воды через все отверстия блока; G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки. Расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения, а в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы. Технический результат изобретения - такой способ позволит сократить количество необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повысить надежность и качество сборки и ремонта газотурбинных двигателей, снизить затраты. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ дефектации элементов двигателя, включающий подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, отличающийся тем, что для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Р_вх=1,4…1,6 кгс/см², в качестве характеристик воды после исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы G_щели, G_{отв «С»} и G_отв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных величин с заранее установленными оптимальными интервалами их значений,
где G_щели - расход воды через щель одной лопатки;
G_{отв «С»} - суммарный расход воды через все отверстия блока;
G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.

2. Способ дефектации элементов двигателя по п.1, отличающийся тем, что расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения

3. Способ дефектации элементов двигателя по п.1, отличающийся тем, что в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы.